CN106817004A - 单相无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单相无刷电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、与所述若干绕线部的径向内端连接的内环部，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述内环部内，所述极靴和转子之间形成气隙以便于转子能相对于定子转动；位于相邻所述绕线部之间的外环部上设有缺口以及与所述缺口相契合的连接块。本发明提供的单刷无相电机通过在定子磁芯的外环部设置缺口以方便绕线，提高绕线效率。

Description

单相无刷电机

技术领域

本发明涉及一种单相无刷电机，尤其涉及一种具有分体式结构的定子磁芯的单相无刷电机。

背景技术

现有技术的单相无刷电机的电机定子铁芯采用整体式结构，即定子铁芯的外环部和齿部同时成型为一体式结构，相邻齿部的极靴之间设槽口。利用槽口将绕组绕设在齿部，此种结构的单相无刷电机，绕组的绕设很难快速进行，且由于槽口的存在会导致电机产生较大的定位力矩，从而产生震动和噪声。而且，受槽口的制约，定位启动角度小，启动可靠性差。

有鉴于此，本发明旨在提供一种新型的便于绕线且可提高启动可靠性的单相无刷电机。

发明内容

本发明提供一种单相无刷电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、与所述若干绕线部的径向内端连接的内环部，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述内环部内，所述极靴和转子之间形成气隙；其特征在于：位于相邻所述绕线部之间的外环部上设有用于绕线的缺口以及可与所述缺口相契合的连接块。

作为本发明的一种改进方案，相邻的所述连接块与所述外环部上的缺口的接合面设有凹凸结构。

作为本发明的一种改进方案，位于所述缺口两端的外环部上设有凹槽，所述连接块的两端设有与所述凹槽相匹配的凸棱。

作为本发明的一种改进方案，位于所述缺口两端的外环部上设有凸棱，所述连接块的两端设有与所述凹槽相匹配的凹槽。

作为本发明的一种改进方案，所述连接块由具有导磁性能的材料制成。

作为本发明的一种改进方案，所述连接块由若干各重叠的连接块芯片通过米位扣铆接一起或通过焊接连接在一起。

作为本发明的一种改进方案，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥，每个磁桥位于对应的两相邻绕线部的中间位置。

作为本发明的一种改进方案，所述内环部的内周表面位于一个圆周面上。

作为本发明的一种改进方案，所述内环部在对应磁桥处沿电机轴向设通孔或者在外表面设凹槽。

作为本发明的一种改进方案，所述磁桥在两相邻绕线部的中间位置的磁阻最大。

作为本发明的一种改进方案，相邻所述绕线部之间的内环部上设有定位孔槽，所述定位孔槽沿着电机的轴向连续形成或间隔形成，且每个所述定位孔槽到相邻两个所述绕线部的距离不相同。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽的数量与所述环形永磁极的极数相等。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽位于所述内环部的外周表面与内周表面之间。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽暴露在所述内环部的内周表面。

作为本发明的一种改进方案，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥；所述内环部在所述磁桥处的磁阻大于所述定位孔槽处的磁阻。

作为本发明的一种改进方案，所述转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的永磁极；所述转子铁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽，每个凹槽位于两个永磁极的分界处。

作为本发明的一种改进方案，每个所述永磁极由一块永磁体形成。

作为本发明的一种改进方案，每个永磁极的外侧表面至转子轴心的距离从其周向中心往周向两侧逐渐减小。

作为本发明的另一种替换方案，每个永磁极的外侧表面至转子轴心的距离相等。

本发明的单相无刷电机，通过在定子磁芯的外环部设置缺口，并使用连接块填充该缺口，而使得绕组在绕线部上的绕设更便利，提高绕线效率。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是本发明第一实施例的单相无刷电机的示意图；

图2是图1所示单相无刷电机去掉外壳后的示意图；

图3是图1所示单相无刷电机去掉外壳、定子绕组、转子转轴等之后的简化示意图。

图4是图1所示的单相无刷电机的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图5是图1所示的单相无刷电机的定子磁芯的示意图。

图6是本发明第二实施例的定子磁芯的示意图。

图7是本发明第二实施例的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图8是本发明第三实施例的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图9是本发明第三实施例的定子磁芯的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。

第一实施例

请参阅图1至图5，本发明提供的单相无刷电机10包括定子20和可相对定子旋转的转子50。

该定子包括一端开口的筒状外壳21、安装到外壳21开口端的端盖23、安装到外壳21内的由具有导磁性能的软磁性材料如铁制成的定子磁芯30、安装到定子磁芯30的绝缘线架40和绕设于定子磁芯上并被绝缘线架40支撑的绕组39。该定子磁芯30包括外环部31、从外环部31向内伸出的若干绕线部33、从绕线部33径向内端向周向两侧伸出的极靴35。极靴35连接在一起形成定子磁芯的内环部。位于相邻绕线部33之间的外环部上设有缺口311，以方便在绕线部绕制定子绕组。还包括可与该缺口311相契合的连接块32，连接块32用于填充所述缺口311并导磁，优选地，所述连接块32与定子磁芯30的材料相同。绕组39绕设于相应的绕线部33上，绕组39与定子磁芯30之间被绝缘线架40隔离。

转子50收容于若干绕线部的内环部围成的空间内，转子50包括沿该转子周向设置的若干个由永久磁铁制成的永磁极55，每个永磁极的外侧表面为弧面，优选地，每个永磁极的外侧表面至转子轴心的距离从其周向中心往周向两侧逐渐减小从而在该永磁极55与极靴的内周表面之间形成对称非均匀气隙41。优选地，对称非均匀气隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

在本实施例中，如图4所示，每个永磁极55由一块永磁体56形成，转子50还包括由具有导磁性能的软磁性材料制成的转子磁芯53，该永磁体56安装到转子磁芯53的外周表面；转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽54，每个凹槽54位于两个永磁极55的分界处，以减少磁泄漏。为使该永磁极55与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙41，具体地，转子磁芯53的外周表面与极靴35的内周表面是同心圆；而永磁体56的厚度从周向中心向两端逐渐减小。在一替换方案中，永磁极55也可以由一整块永磁体形成。

转子50还包括转轴51，转轴51穿过转子磁芯53并与其固定在一起。转轴51的一端通过轴承24安装到定子的端盖，另一端通过另一个轴承安装到定子的筒状外壳21的底部，从而实现转子可相对于定子转动。本发明所称的环部是指沿周向连续延伸而成的封闭结构。

请参照图5，相邻的所述连接块与所述外环部上的缺口的接合面设有凹凸结构。具体地，在本实施例中位于缺口两端的外环部31上设有凹槽312，该连接块32的两端设有与该凹槽相匹配的凸棱321。具体地，该凹槽312沿电机轴向设置，使得该缺口311呈十字型，连接块32与该十字型缺口配合，也呈十字型。在缺口311呈打开状态即未使用连接块32时，可方便地将绕组39绕设于相应的绕线部33上，绕设完成后，将连接块32的凸棱321嵌入位于缺口两端的外环部31上的凹槽312内，使得外环部31形成一密闭环形结构。在本实施例中，外环部在每两个绕线部之间设一个缺口(即，每隔一个绕线部就设一个缺口)，该一个缺口设置在相邻绕线部之间的外环部的中间区域，方便两侧的绕线部完成绕组的绕设。如果定子绕组中一个元件跨绕两个绕线部时，也可以每隔两个绕线部设置一个缺口。连接块可以由若干个重叠的连接块芯片通过扣铆连接一起或通过焊接连接在一起来形成。

优选地，绕线部33沿电机周向均匀间隔分布；若干绕线部33的极靴35的径向内端表面位于以转子50的中心为圆心的同心圆上，且该些若干绕线部的极靴35连接成一个闭合的内环部。该内环部位于相邻绕线部33之间的部分设磁桥36，磁桥36具有较大的磁阻。优选地，磁桥36位于对应的两个相邻绕线部的中间位置。

本实施例中，内环部在磁桥36处的径向厚度小于内环部其他部位的径向厚度，从而增加了磁桥36的磁阻。具体地，在内环部的外周表面对应磁桥36的区域形成凹槽37，凹槽37的形状可以是圆弧形、方形等其他任何形状。凹槽37的个数大于1个，例如是3个。磁桥在两相邻绕线部中间位置处具有最大的磁阻，例如，当每个磁桥具有3个凹槽时，越远离绕线部33的凹槽具有更大的尺寸；也就是说，凹槽离绕线部33越近，其尺寸(尤其是径向深度)越小，凹槽离绕线部33越远，其尺寸(尤其是径向深度)越大；由于磁桥36设在内环部的位于相邻绕线部33之间，因此，位于相邻绕线部中间的凹槽的尺寸最大。

在本实施例中，相邻所述绕线部之间的极靴35设有定位孔槽38，定位孔槽38的个数与定子的极数、环形永磁极的极数相等，在本实施例中为4个。本实施例中，定子绕组采用集中式绕组，因此，绕线部数量等于定子的极数。在替换方案中，定子绕组的每个元件跨绕若干个绕线部，但一个元件对应定子的一个磁极，该种情况下，绕线部数量可以是定子极数的整数倍，例如2倍、3倍等。

本实施例中，定位孔槽38沿电机轴向间隔设置，且位于由若干绕线部的极靴连接而成的内环部的内周表面上。在一替换方案中，所述定位孔槽38沿电机轴向连续设置。优选地，每个定位孔槽38到相邻两个绕线部的距离不相同，定位孔槽38偏向相邻绕线部的其中一个，定位孔槽38的中心偏离其中一相邻绕线部的对称中心45度至135度电角度。即：通过定位孔槽38中心与转子中心的直线L1与相邻绕线部33的对称中心L2之间存在夹角Q。

当电机处于未通电状态时，转子相邻磁极间的中性区分别正对极靴35的定位孔槽38，而不是正对相邻两个绕线部33的对称中心。因此，上述L1和L2所形成的夹角也称为启动角。在本实施例中，该启动角大于45度电角度且小于135度电角度，当电机定子绕组通以一方向的电流时，转子50可以从一方向启动；当电机定子绕组通以相反方向的电流时，转子50可以从相反方向进行启动。可以理解地，在启动角等于90度电角度(也即转子磁极的中心与相邻绕线部33的对称中心重合)时，转子50朝两个方向启动都比较容易，也即最容易实现双方向启动。当启动角偏离90度电角度时，转子朝其中一方向启动会比朝另一方向启动较容易。本申请发明人经多次实验发现，当启动角处于45度电角度至135度电角度范围时，转子朝两个方向启动的可靠性都比较好。

第二实施例

请参照图6，在本实施例中，相邻的连接块与外环部上的缺口的接合面同样设有凹凸结构，与第一实施例不同的是，在本实施例中，位于缺口两端的外环部31上设有凸棱314，该连接块34的两端设有与该凸棱314相匹配的凹槽341。具体地，该凸棱314沿电机轴向设置，使得该缺口313呈H型，连接块34与该H型缺口配合，也呈H型。在缺口313呈打开状态即未使用连接块34时，将绕组39绕设于相应的绕线部33上，绕设完成后，将连接块34的凹槽341卡在位于缺口两端的外环部31上的凸棱314内，使得外环部31形成一密闭环形结构。本发明不对位于相邻绕线部之间的外环部的缺口的个数做限定，一般是一个或两个，在本实施例中即为一个，该一个缺口设置在相邻绕线部之间的外环部的中间区域，方便两侧的绕线部完成绕组的绕设；当有两个缺口时，该两个缺口可以临近两侧的绕线部设置。由于在具体实施时，该定子磁芯30由导磁材料制成，例如由导磁芯片(业界常用硅钢片)沿电机轴向层叠而成；因此连接块也可以由若干各重叠的连接块芯片通过米位扣铆接一起或通过焊接连接在一起。

请参照图7，本实施例中的永磁极75是由若干块永磁体76形成，例如是4块。该转子磁芯73的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽74，每个凹槽74位于两个永磁体76的分界处，以减少磁泄漏。该若干块永磁体76安装到转子磁芯73的外周表面；此时，极靴35的内表面位于以转子70中心为圆心的同心圆上；所有永磁体76的外侧表面围成圆柱状并位于以转子70中心为圆心的另一同心圆上，从而在定子极靴35与转子之间形成均匀气隙。优选地，永磁体76是均匀厚度的。

第三实施例

请参照图8，本实施例中，转子80包括转子磁芯83以及沿转子周向设置的环形永磁极85，该环形永磁极85的外周表面与由极靴围成的内环部的内周表面同心，从而在两者之间的气隙为均匀气隙。具体地，该极靴的内表面位于以转子80中心为圆心的同心圆上，环形永磁极85的外侧表面58呈圆柱状，且位于以转子80中心为圆心的同心圆上，即，极靴内周表面与永磁极85的外周表面同心，从而在极靴内周表面、永磁极外周表面之间形成均匀气隙。

环形永磁极85可以由一块环形永磁体88形成，环形永磁体88安装到转子磁芯83的外周表面；该转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽84，每个凹槽84位于两个永磁极的分界处，以减少磁泄漏。

请再参照图9，在本实施例中，在极靴35的外周表面对应磁桥36的区域形成通孔42，通孔42的个数可以是1个或多个。磁桥在两相邻绕线部中间位置处具有最大的磁阻，例如，当每个磁桥具有3个通孔，越远离绕线部33的通孔具有更大的尺寸；也就是说，通孔离绕线部33越近，其尺寸(尤其是通孔的直径)越小，通孔离绕线部33越远，其尺寸(尤其是通孔的直径)越大；由于磁桥36设在内环部的位于相邻绕线部33之间，因此，位于相邻绕线部中间的通孔的直径最大。本发明提供的单刷无相电机通过在定子磁芯的外环部设置缺口，并使用连接块填充该缺口，而使得绕组在绕线部上的绕设更便利，提供绕线效率高；以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种单相无刷电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、与所述若干绕线部的径向内端连接的内环部，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子包括若干永磁极，所述若干永磁极收容于所述内环部内，所述极靴和转子之间形成气隙；其特征在于：位于相邻所述绕线部之间的外环部上设有用于绕线的缺口以及可与所述缺口相契合的连接块。

2.如权利要求1所述的单相无刷电机，其特征在于，相邻的所述连接块与所述外环部上的缺口的接合面设有凹凸结构。

3.如权利要求2所述的单相无刷电机，其特征在于，位于所述缺口两端的外环部上设有凹槽，所述连接块的两端设有与所述凹槽相匹配的凸棱；或位于所述缺口两端的外环部上设有凸棱，所述连接块的两端设有与所述凹槽相匹配的凹槽。

4.如权利要求3所述的单相无刷电机，其特征在于，所述连接块具有导磁性能。

5.如权利要求1所述的单相无刷电机，其特征在于，所述连接块由若干重叠的连接块芯片扣铆接在一起或焊接连接在一起。

6.如权利要求1所述的单相无刷电机，其特征在于，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥，每个磁桥位于对应的两相邻绕线部的中间位置。

7.如权利要求1所述的单相无刷电机，其特征在于，所述内环部的内周表面位于同一个圆周面上。

8.如权利要求6所述的单相无刷电机，其特征在于，所述内环部在对应磁桥处沿电机轴向设通孔或者在外表面设凹槽，所述磁桥在两相邻绕线部的中间位置的磁阻最大。

9.如权利要求1所述的单相无刷电机，其特征在于，相邻所述绕线部之间的内环部上设有定位孔槽，所述定位孔槽沿着电机的轴向连续形成或间隔形成，且每个所述定位孔槽到相邻两个所述绕线部的距离不相同。

10.如权利要求9所述的单相无刷电机，其特征在于，所述定位孔槽的数量与所述环形永磁极的极数相等。

11.如权利要求9所述的单相无刷电机，其特征在于，所述定位孔槽位于所述内环部的外周表面与内周表面之间。

12.如权利要求9所述的单相无刷电机，其特征在于，所述定位孔槽暴露在所述内环部的内周表面。

13.如权利要求9所述的单相无刷电机，其特征在于，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥；所述内环部在所述磁桥处的磁阻大于所述定位孔槽处的磁阻。

14.如权利要求1所述的单相无刷电机，其特征在于，每个永磁极的外侧表面至转子轴心的距离从其周向中心往周向两侧逐渐减小。

15.如权利要求1所述的单相无刷电机，其特征在于，每个永磁极的外侧表面至转子轴心的距离相等。

16.如权利要求14或15所述的单相无刷电机，其特征在于，所述转子包括转子磁芯，所述若干永磁极设置于转子磁芯的外表面；所述转子铁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽，每个凹槽位于两个永磁极的分界处。